[发明专利]一种宽带红外光谱仪

说明书

本发明实施例公开了一种宽带红外光谱仪，包括：信号耦合单元，用于将待探测红外光信号耦合至频率上转换单元中；频率上转换单元用于将待探测红外光信号与泵浦光进行合束后入射至具有连续变化周期的非线性晶体上进行可调谐频率上转换，得到上转换光信号；分光选频单元用于确定上转换光信号包含的不同波长的光信号以相应的波长；探测与数据处理单元用于探测上转换光信号包含的各波长光信号的信号强度并确定上转换光信号的光谱。利用连续变化周期的非线性晶体的非线性将入射红外光信号转变到可见光或近红外光，并对转换后的信号光进行探测，可以实现宽带红外光信号的可调谐频率转换和光谱采集，具有探测范围大、灵敏度高等特点。

技术领域

本发明涉及红外探测技术领域，具体涉及一种宽带红外光谱仪。

背景技术

红外光谱仪定位于研究红外波段的光信号，中红外波段对应化学分子的振动能级跃迁辐射，因此被广泛应用于确定物质分子结构和鉴别化合物的种类。用一定频率的红外光照射被分析的样品，使用红外光谱仪记录吸收谱带，通过吸收谱带的数目、位置及强度就能推断化合物的类型和结构。迄今为止，红外光谱仪已经发展了三代。第一代是棱镜式色散型红外光谱仪，这类光谱仪用棱镜作为分光元件，分辨率较低，且对环境要求苛刻。60年代出现了光栅型色散式光谱仪，采用光栅刻制技术，大大提高了分辨率，降低了对环境的要求。70年代发展起来的干涉型红外光谱仪属于第三代红外光谱仪，其中包括傅里叶变换红外光谱仪，傅里叶变换红外光谱仪利用干涉光照射样品，含有样品信息的干涉光到达检测器，然后通过傅里叶变换对信号进行处理，最终得到透过率或吸光度随波数或波长的红外吸收光谱图。傅里叶变换红外光谱仪具有宽测量范围、高测量精度、高分辨率和极快的测量速度，因而得到广泛应用。随着技术发展，痕量物质分析检测和生物光子学研究对光谱分析技术的灵敏度提出更高要求。

现有的基于非线性介质的频率上转换技术，采用均匀周期极化非线性晶体将中红外光子的波长转换到较短的可见光或短波近红外范围，再对波长转换后的光子进行探测，但对于一般的均匀周期极化晶体，当泵浦光波长一定时，能转换的信号光波长也是相应固定的，因而无法实现可调谐的信号光转换和探测。

发明内容

由于现有方法存在上述问题，本发明实施例提供一种宽带红外光谱仪。

本发明实施例提供了一种宽带红外光谱仪，包括：

信号耦合单元，用于将待探测红外光信号耦合至所述频率上转换单元中；

频率上转换单元，用于将所述待探测红外光信号与泵浦光合束后入射至连续变化周期的非线性晶体上进行可调谐频率上转换，得到上转换光信号，所述上转换光信号的频率大于所述待探测红外光信号的频率；其中，将所述待探测红外光信号与泵浦光进行合束后入射至连续变化周期的非线性晶体上进行可调谐频率上转换是指将所述待探测红外光信号与泵浦光进行合束后入射至连续移动的所述连续变化周期的非线性晶体上，使得合束后的信号通过所述连续变化周期的非线性晶体的不同极化周期，进而使得所述待探测红外光信号中包含的所有频率成分依次得到频率上转换；

分光选频单元，用于确定所述上转换光信号包含的不同波长的光信号以及相应的波长；

探测与数据处理单元，用于探测所述上转换光信号包含的各波长光信号的信号强度，并根据所述上转换光信号包含的各波长光信号的信号强度以及相应波长确定所述上转换光信号的光谱。

进一步地，所述上转换光信号包括可见光信号和近红外光信号的一种或两种。

进一步地，所述频率上转换单元包括：泵浦源激光器、起偏器、近红外波段透镜、连续变化周期的非线性晶体、电动位移平台、伺服电机、近红外波段透镜和滤波片；